C-RAN“云”落长沙

全球移动通信快速发展，移动互联网带来“数据大潮”，面对竞争和用户需求，移动运营商只能持续建设新一代网络并对现有网络升级改造，导致基站规模剧增，如中国三大运营商各类制式基站总量超过160万套。不仅设备、配套及土建等成本高昂，而且长期运营维护费用激增。移动运营商在加快转型的同时要尽快实现低成本的网络部署和运营，探寻新的网络部署和运营模式，是迎接挑战的开始。

    基站是移动运营商赖以生存的核心资产，是连接用户和服务的纽带，也直接关系用户的业务体验。传统基站组网有几个特点：一是网格化建站，每个基站根据规划覆盖一小片区域，基站资源处于“冻结态”，只能处理本网格小区内业务；二是相邻小区信号互为干扰，频谱效率很难提高；三是各基站峰均比（PAR）较大，即基站平均负荷要远远低于忙时负荷，整网资源利用率较低。业界不断出现创新技术和方案来提升效率，降低成本，如基站智能下电、多模基站等。这些方案能够降低网络TCO，但物理站点数仍无法减少，相应的机房、土建、配套等成本仍居高不下，寻求网络架构的变革，成为解决移动运营商面临难题的一个新方向。

    2010年，中国移动通信研究院提出了全新的面向绿色演进的无线网络架构C-RAN，即通过基带资源集中处理（Centralized）、协作式无线电（Cooperative Radio）和实时云计算（Real-time Cloud Computing）无线网络架构，实现更加清洁（Clean）的无线移动网络。同年10月，广东移动和中兴通讯在珠海完成TD-SCDMA C-RAN组网试点，这也是全球首个C-RAN试点网络。2011年，中国移动扩大C-RAN试点，在湖南、河北、吉林、云南等地启动GSM C-RAN组网试点，验证了C-RAN关键技术已经具备现网规模商用能力，能够降低网络建设和运维成本，同时也针对C-RAN的长远规划提出新的目标，为C-RAN组网进一步发展指明了方向。

    湖南长沙GSM C-RAN试点区域位于岳麓山附近湖南师大、中南工大以及周边住宅小区，试点区域内学生用户较多，话务较为密集，数据业务需求大，同时，教学楼、住宅楼等楼宇密集，无线环境复杂，部分区域覆盖质量不佳。而且从网管统计分析，教学楼和学生宿舍楼存在明显的话务潮汐现象。区域内这些样本型场景为全面验证C-RAN组网能力和关键技术提供了有力保障，因此本文重点以长沙试点来分析C-RAN组网的特点和优势。

    根据规划，长沙试点区域包含11个物理站点、16个逻辑站点，其中完全新建物理站点2个，总规模超过280载频。所有试点站点基带处理单元（BBU）全部集中放置在汇聚节点机房，各站点远端射频单元（RRU）则通过光纤直驱级联方式形成4个光纤环接入基带池，并提供相应的测试场景，C-RAN组网拓扑图如图1所示。

基带集中共享，一个机房一张网

    基带集中部署，是C-RAN组网的核心技术之一，站点RRU具备室外安装和工作能力，无需机房或室外机柜，仅需有限的天面空间即可组网。这种“零机房”组网彻底摆脱固有羁绊，工程实施更加便利，建网成本也大大下降。如新建站点B1，原本为解决居民小区弱覆盖问题，但居民不同意在小区内设置站点，附近又是工地无法征地建机房，光纤到位后一直无法施工，此次借助C-RAN方案，租用了1平方米的天面空间，RRU采用抱杆安装很快开通了业务。对于已有机房的站点，C-RAN也为改造提供了很好的方式，能够实现机房空间的整合压缩，原有电源、空调等设备的工作负荷和能耗明显降低，机房整体能效等级大幅提升，网络运维费用降低。长沙试点改造的9个现网站点，在采用C-RAN组网后，机房空间节省50%以上，原有密集的宏基站改为简洁的RRU安装，机房温度和噪声都明显改善，空调负荷下降，节约能耗56.8%。可见，C-RAN对移动网络部署带来革命性变化，实现了“寻址易、建站快、投资省”的新模式。

    基带集中部署的另一个好处就是可以实现资源共享。传统“网格化”组网模式基站资源无法共享，站点基带资源与射频资源需要1:1对应，并且要满足忙时话务量需求，全网容量资源很大一部分没有得到有效利用。移动网络用户流动性带来的话务迁移，特别是城市中的办公区域和住宅区话务量的波峰和波谷具有一定的互补性，即话务“潮汐现象”，这两类区域如果采用C-RAN组网，实现基带集中部署和资源共享，就会降低网络整体容量配置，提高资源利用率。长沙C-RAN试点接入环B中，B2站点覆盖某大学教学区，B3站点覆盖该学校宿舍楼，原网两个基站共配置82载频才能满足忙时话务需求，但通过网管统计话务分析，有明显的话务潮汐存在，在一天的忙时，两个基站最忙时仅需要69载频的基带资源，因此采用C-RAN改造后，实际配置72载频，节省10载频的基带资源，其中30个基带资源为基本分配，42个基带资源为各站点间动态共享。

无线协同，让减法变加法

    无线移动网络最令人头疼的问题之一就是干扰，而C-RAN另一关键技术无线电协作，将原本是干扰的邻区信号进行多小区协同处理，为用户提供最佳服务。多RRU共小区协同技术作为无线电协作技术的初始阶段，目前正逐步引入到商用网络部署中，其应用效果也已经得到普遍认可。为进一步验证多RRU共小区协同技术在GSM C-RAN中的应用特性，中兴通讯在长沙C-RAN试点中专门引入了该应用场景。

    A2站点的天馈原先安装在楼顶，覆盖两个小区，其中一个小区覆盖区域植被茂盛，信号损耗大，导致原覆盖小区信号质量较差，同时基站所在宿舍楼存在室内覆盖弱区。本次C-RAN组网中采用多RRU共小区方式进行改造，两个RRU分别连接两个天线，覆盖角度进行微调，一个天线重点覆盖小区远端，另一个重点覆盖小区近端，同时两个RRU配置成一个逻辑小区。经过测试，发现多RRU共小区方式有效增强信号稳定度，提升了小区覆盖质量和切换成功率，MOS均值提升11.4%，站点内切换次数减少15.3%，用户感知度明显改善。
 
    多RRU共小区技术的另外一个重要应用场景是室内外协同覆盖，通过将室内分布小区与室外覆盖小区配置成一个小区，可以有效降低室内外的跨区切换，目前该技术在香港机场有成熟的规模商用。本次长沙C-RAN测试中，选择D1站点进行多RRU共小区室内外系统覆盖的商用验证。

    如图2所示，D1站点所在小区楼顶安装3个RRU，用于室外覆盖，地下车库利用室内分布系统和吸顶天线覆盖；覆盖室外的小区1和覆盖地下室的小区2采用多RRU共小区技术，实现室内外协同覆盖，减少了进出楼宇、地下车库造成的切换，提升了网络质量。


    通过在长沙C-RAN组网中的实际测试验证，多RRU小区合并技术在解决多小区覆盖带来切换增加的问题上效果明显，并有效增强了上下行覆盖质量，对于接通率、掉话率、MOS质量等重要指标均有显著的提升效果。

C-RAN，绿色经济的无线网络

    C-RAN的核心就是通过架构的创新改变无线移动网络的旧有模式，建设绿色演进的无线网络。就经济性而言，C-RAN带来的改变是令人惊喜的，“零机房”加光纤直驱组网直接免除土建、传输和配套（电源和空调等）成本，这些在网络CAPEX中要占到25%左右。在OPEX方面，更能节省大量的空调等配套设施电费、机房租金和人工维护费用。以长沙试点的某典型站点（900MHz S7/7/7）为例分析，见表1、表2。



    从试点站点对比分析来看，C-RAN方式直接降低了网络建设和运维成本，不仅如此，C-RAN架构还能够大幅降低能耗，为环境的改善作出贡献。以S7/7/7站型为例，传统建网模式，基站、空调等相加后站点功耗在4kW以上，而C-RAN组网站点只包含RRU，加上分摊的BBU汇聚机房耗电，能耗只有1.5kW，能耗降低62%以上，长沙C-RAN试点站点全部汇总统计后平均降低56%。中国移动目前全网有60万GSM基站，如果20%采用C-RAN组网，每年可以节省电费23.6亿元，减少CO2排放量约216万吨。由于不需要机房，远端RRU设备体积小不容易引起居民反感，选址更加容易，减少了被迫迁站、退站的风险，而且搬迁也更为灵活，长远来看，经济效益和社会效益更为显著。

    C-RAN从诞生到发展才短短两年，现在还处于发展的初级阶段，在试点中也面临一些新的问题，如BBU和RRU接口带宽限制带来的光纤资源消耗增长、基带池容量还需提升、无线电协作功能需进一步拓展等，但随着技术不断进步，上述问题会逐步被克服，这也说明C-RAN具有巨大的发展潜力。